屠宰场废弃物堆肥的动态变化

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堆肥温度的变化

温度是堆肥腐熟效果分析的主要指标之一[9]。清真屠宰场废弃物堆肥化发酵过程温度变化与羊粪发酵过程相似,但堆肥的升温阶段和整个堆肥腐熟需要的时间相对较长(见图1a):未添加微生物菌剂的处理温度上升相对较为缓慢,在堆肥14d左右温度达到最高,在堆肥中后期温度相对其它处理略高,但未达到显著水平;添加微生物菌剂的处理其堆肥在0~10d温度大幅上升并达到最高温度,然后开始下降;到30d有小幅上扬,说明这一阶段内呈现了二次发酵特征,将尚未分解的有机物(主要为难分解的)进一步分解,使堆肥完全熟化,这一发酵熟化规律与添加菌剂的有机肥高温堆肥发酵处理基本一致[10],只是需要的时间长短不同。屠宰场废弃物堆肥经历的温度变化较羊粪堆肥缓慢,原因可能是由于清真屠宰场废弃物主要是羊瘤胃内容物,其成分以未消化或未完全消化的草料或饲料为主,而羊粪的质地比较细,相对较容易分解。添加微生物菌剂的处理大概需要7d温度达到50℃,10d达到最高温度,对照则推迟3d左右;堆肥14d后堆温开始下降,但仍维持在50℃以上,21d后普遍下降至50℃以下,30d左右有一次小幅回升,但均低于50℃,然后整体温度稳定下降至气温。各处理完成温变过程温度降到40℃所用的时间均大于30d。添加菌剂4的处理在堆肥中前期温度普遍略高于其它处理,但添加微生物菌剂的4个堆体在整个过程中温度变化趋势没有显著差异。李季和彭生平就指出添加外源微生物不仅可以调控堆肥过程中氮、碳代谢,保留更多的养分,还可以加快堆肥进程[11]。陆艳等研究也表明接种外源微生物可以使堆肥发酵提前达到高温期,延长高温持续时间[12]。

堆肥pH值的变化

清真屠宰场废弃物主要组分为瘤胃内容物,其初始pH值呈弱酸至中性(pH=6.23),这与羊粪pH值不同[13]。从图1b中可以看出,堆体在0~7d和14~21d其pH值呈上升趋势,但增幅不大,7~14d大幅度上升的趋势;到第21天开始小幅下降趋于稳定;到堆肥后期,堆体pH值在8.00~8.50之间变化,这是因为随着堆肥进行有机酸逐渐被中和,并且挥发的部分氨充满在堆体中造成偏碱性环境。堆肥后期,随着氨的挥发、蛋白质有机物的彻底降解以及硝化作用的进行等因素,pH值逐渐回落,这一结论与陆艳等[12]、María等[14]对有机肥的堆肥研究结论一致。CK在堆肥的中前期pH值均低于其它处理,到30d左右达最高值(其它处理在21d左右达到最高值),说明接种微生物菌剂能有效促进有机物料的腐熟进程,可提高初期的反应速度。T3处理pH值相对其它处理变幅最大,其次为T4处理,但各堆体间的pH值差异并未达到显著水平。

堆肥种子发芽指数的变化

整个堆肥过程中,各处理的种子发芽指数均呈不断上升趋势(如图2所示),尤其是7~14d这一阶段增幅最大,这可能与该时期温度变幅最大有关。各处理GI在堆肥43d左右达到80%以上,其中添加了微生物菌剂的4个处理GI增长较快,CK堆肥GI在整个发酵过程中最低。一般研究表明,当GI达到80%即可认为堆肥已腐熟,说明在屠宰场废弃物堆肥中添加微生物菌剂对于种子发芽有一定促进作用。T4处理GI在整个堆肥过程中普遍较高。

堆肥草籽活力和卫生指标的变化

由表2可以看出,随着废弃物堆肥进程的推进,温度不断上升,种子活力不断降低,所有处理杂草种子活力在7~14d急剧下降,但降幅不同,堆肥中前期对照CK堆温最低,其杂草种子活力最强,从堆肥7d开始与添加微生物菌剂的处理均呈显著性差异,到堆肥14d时达到极显著差异水平:添加微生物菌剂的处理在14d可使稗草种子活力降低到40%,30d后T3和T4草籽活力为0,43d后种子活力全部灭活,但CK在堆肥90d后草籽活力为10%,进一步说明接种外源微生物可以使堆肥发酵提前达到高温期,使在此温度范围内不适应生长的细菌及有害病原菌得到抑制或杀灭,从而有利于达到无害化、堆肥的腐熟以及各类物质之间的相互转化[12]。有机废弃物中常包含各种有害病原菌,如粪大肠杆菌群、蛔虫卵、细菌、病毒等,其中大肠杆菌值和蛔虫卵死亡率是反映畜禽粪便无害化处理的一个特征指标[17]。如表2所示,不同处理条件下屠宰场废弃物大肠杆菌菌群最可能数随堆肥温度的升高呈明显下降的趋势,其中在升温阶段7~14d降幅最大,这是因为堆肥的高温阶段是杀灭粪大肠杆菌的主要时期,随着堆肥的进行,微生物产生的许多抗生素类物质也会极大地缩短病原微生物的存活时间[18]。添加微生物菌剂的处理大肠菌群最可能数显著低于CK;到堆肥43d时各处理均降至最低值,在堆肥90d时又有所上升。T3和T4处理大肠杆菌菌群最可能数低于T1、T2及CK,到中后期均为添加菌剂4的处理最低。蛔虫卵死亡率的变化规律与大肠杆菌菌群最可能数基本相同,至堆肥43d时,所有处理的蛔虫卵死亡率均大于95%,达到了畜禽粪便无害化卫生标准的要求,无臭味。添加微生物菌剂4的堆肥无害化速度和程度最佳。

堆肥中微生物数量的变化

与其它有机物堆肥相同,清真屠宰场废弃物堆肥过程中微生物数量总的趋势也遵循“细菌的数量最多,放线菌次之,真菌的数量最少”[6]的规律。但整个过程中各微生物数量的增减规律不同。在堆肥0~7d细菌急速增长,迅速成为这一阶段优势微生物群落。这可能是细菌凭借着自己强大的比表面积快速将可溶性底物吸收到细胞中,致使细菌快速增长繁殖并释放出大量的热量[19]。堆肥第7天时T2的处理涨幅最大,其次为T3,CK涨幅最小,到第14天时除了T2、T3外其它处理细菌数量达到最大值;从14~30d细菌数量剧烈下降至整个过程的最低值,到43d时又有不同幅度的增加,其中对照增幅最大。除第43天外,CK细菌数量在整个堆肥过程中普遍处于最低值(如图3)。堆肥放线菌数量在0~7d略有增加,7~14d增幅最大,其中T4数量最大;21d时有不同程度的下降,30d时普遍又有所增加,到90d时各处理放线菌数量无显著差异。堆肥真菌数量在0~7d期间有小幅增长,14~21d各处理均有大幅度增加,之后又有较大幅度的降低,43d又有所上扬,这与普通有机肥高温堆肥真菌变化有所差异[6](见图4)。这一现象可能与真菌最适合的生长条件为酸性有关,屠宰场废弃物自身呈弱酸至中性,而且在堆肥初期细菌和真菌消化有机物时会释放有机酸,从而有利于真菌的生长以及木质素和纤维素的降解,随着有机酸进一步被降解,pH值逐渐升高,真菌生长在一定程度上受到抑制,到堆肥后期温度大幅下降,真菌数量也随之减少。由于清真屠宰场堆肥的原料及气候条件不同,堆肥过程微生物动态变化规律还有待进一步研究。

本文作者：张俊华1刘希凤2毕江涛1张瑞山3作者单位：1宁夏大学新技术应用研究开发中心2宁夏农垦事业管理局3宁夏中卫市动物疾病预防控制中心